到達目標
1.熱力学の第1法則および第2法則を説明できる。
2.各種熱機関やカルノーサイクルなどの熱効率を求め,可逆変化・不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。
3.オットーサイクルおよびディーゼルサイクルのP-V線図を描き,圧縮比や締切比などに影響する熱効率から2つのサイクルの違いを説明できる。
ルーブリック
| 理想的な到達レベル | 標準的な到達レベル | 最低限の到達レベル |
到達目標1 | 熱力学の第1法則及び第2法則を自分の言葉で説明でき、各状態量を求めることができる。 | 熱力学の第1法則及び第2法則を自分の言葉で説明できる。 | 熱力学の第1法則及び第2法則を教科書を見ながら説明できる。 |
到達目標2 | カルノーサイクルおよび各種サイクルの熱効率を求め,可逆変化・不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。 | カルノーサイクルおよび各種サイクルの熱効率を求めることができる。 | カルノーサイクルの熱効率の求める計算式と概念を説明することができる。 |
到達目標3 | オットーサイクル,ディーゼルサイクルのP-V線図の違い,その効率や性能を高める方策を説明できる。 | オットーサイクル,ディーゼルサイクルについて説明し,熱効率や各状態における物理量が計算できる. | オットーサイクル,ディーゼルサイクルについて教科書を見ながら説明し,熱効率を計算できる. |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
この科目は,スノーモービルのエンジン設計を担当していた教員が,その経験を活かし「熱力学」で教授された基本事項と熱力学第1法則,理想気体の状態方程式を用いて,圧力・体積・温度・熱量・仕事の計算手法および熱機関やカルノーサイクルの熱効率,さらには具体的な熱機関であるオットーサイクルやディーゼルサイクルに関する行程とP-V線図の作図を行うことで,熱力学の理解と実践力の習得を目的として,講義と演習で授業を行うものである。
授業の進め方・方法:
前期に履修した熱力学の内容について,復習と計算問題をこなし,熱力学の第2法則やカルノーサイクルやエントロピーおよび実応用として日頃から移動手段として利用しているオットーサイクル(ガソリンエンジン)やディーゼルサイクルを学ぶ.演習問題に解答しながら理解を深める。【授業時間30時間+自学自習時間60時間】
この科目は学修単位科目のため,事前・事後学習としてレポートやオンラインテストを実施します.
注意点:
熱力学の知識をより深めるために、具体的に問題をできるだけ数多く解いてみる。講義内容は,基本事項を教授したあとで,教員が作成した演習問題について、学生がチームで討論内容や計算結果を発表するアクティブラーニング形式をとる。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
後期 |
3rdQ |
1週 |
1.熱力学の基礎復習 |
(1)熱力学の単位系を説明でき,温度や比熱などを計算で求めることができる。
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2週 |
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(2) 仕事、内部エネルギーとエンタルピの関係,熱力学の第1法則を説明でき,計算できる。
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3週 |
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(3)理想気体の法則を理解し、計算できる。
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4週 |
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(4)一般ガス定数の定義を説明でき、計算できる。
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5週 |
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(5)理想気体の状態変化について理解し、仕事、熱量等を計算できる。
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6週 |
2.熱力学の第2法則 |
(1)熱力学の第2法則を説明できる。
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7週 |
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(2) サイクルの意味を理解し,熱機関の熱効率を計算できる.
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8週 |
【中間試験】 |
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4thQ |
9週 |
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(3) カルノーサイクルの状態変化を理解し,熱効率を計算できる.
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10週 |
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(4) エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。
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11週 |
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(5) サイクルをT-s線図で表現できる。
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12週 |
3.オットーサイクルおよびディーゼルサイクル(実用機関)
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(1)オットーサイクルが説明できる。
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13週 |
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(2)ディーゼルサイクルが説明できる。
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14週 |
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(3)オットーサイクルおよびディーゼルサイクルの熱効率や各状態点における物理量が計算できる.
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15週 |
【定期試験】 |
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16週 |
【答案返却】
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
専門的能力 | 分野別の専門工学 | 機械系分野 | 熱流体 | 熱力学で用いられる各種物理量の定義と単位を説明できる。 | 4 | 後1 |
閉じた系と開いた系、系の平衡、状態量などの意味を説明できる。 | 4 | 後1 |
熱力学の第一法則を説明できる。 | 4 | 後2 |
閉じた系と開いた系について、エネルギー式を用いて、熱、仕事、内部エネルギー、エンタルピーを計算できる。 | 4 | 後2 |
閉じた系および開いた系が外界にする仕事をp-V線図で説明できる。 | 4 | 後2 |
理想気体の圧力、体積、温度の関係を、状態方程式を用いて説明できる。 | 4 | 後3 |
定積比熱、定圧比熱、比熱比および気体定数の相互関係を説明できる。 | 4 | 後4 |
内部エネルギーやエンタルピーの変化量と温度の関係を説明できる。 | 4 | 後4 |
等圧変化、等積変化、等温変化、断熱変化、ポリトロープ変化の意味を理解し、状態量、熱、仕事を計算できる。 | 4 | 後5 |
熱力学の第二法則を説明できる。 | 4 | 後6 |
サイクルの意味を理解し、熱機関の熱効率を計算できる。 | 4 | 後7,後12,後13,後14 |
カルノーサイクルの状態変化を理解し、熱効率を計算できる。 | 4 | 後9 |
エントロピーの定義を理解し、可逆変化および不可逆変化におけるエントロピーの変化を説明できる。 | 4 | 後10 |
サイクルをT-s線図で表現できる。 | 4 | 後11 |
評価割合
| 定期試験 | 小テスト | ポートフォリオ | 発表・取り組み姿勢 | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 50 | 0 | 50 | 0 | 0 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 50 | 0 | 50 | 0 | 0 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |